T E C H N I S C H E H O G E S C H O O L DELFT
AFDELING DER MARITIEME TECHNIEKL A B O R A T O R I U M V O O R S C H E E P S H Y D R O M E C H A N I C A
E N K E L E OPMERKINGEN OVER DE S T A B I L I
-T E I -T VAN K L E I N E V A A R -T U I G E N .
P r o f . i r . J . G e r r i t s m a
R a p p o r t n o . 6 8 7 - P
S e p t e m b e r 1 9 8 5
p u b l i k a t i e i n S c h i p e n W e r f n r . 2 1 / 1 9 8 5
Delft University of Technology Ship Hydromechanics Laboratory Mekelweg 2
2628 CD D E L F T The Netherlands Phone 0 1 5 - 7 8 6 8 8 2
(
• I
en w
r f
T I J D S C H R I F T V O O R M A R I T I E M E TECHIMIEK
52ste jaargang, 18 oktober 1985, nummer 21
! aTERPlUARimOTOREN
GAAN NU
TOT6Q|0OPK!
DATOPENTHEELWAT
PERSPEKnEVEN...
j
EUROPORTf85 STAND25i
in.!
_ ! Motoren Afdeling Verkoop Sctieepvaart/Aannemerij C A T E R P I L L A R Ketelweg 20, Postbus 61,3350 AB Papendrecht_ _ _ - Telefoon;078-150555 ^ /
terpillar, Cg^aLH ^'1^ handelsmerken van Caiêrpitlar Tractor Co.
G
gëveke
motoren
perfection in
hydraulic steering
T e n f j o r d s t a n d s f o r p e r f e c t i o n h y d r a u l i c s t e e r i n g w i t h t h e f o i l a d v a n t a g e s : U n c o m p l i c a t e d i n s t a l l a t i o n s M a n u f a c t u r e d f o r c o n t i n i o u s o p e r a t i o n B l o c k i n g valves s t a n d a r d o n h a n d p u m p P u m p sets f o r a u t o m a t i c p i l o t ( o \ ' S p a r e p a r t s s u p p l i e d f r o m s t o c k a n d P e r f e c t a f t e r - s a l e s s e r v i c e SCHIEDAM1
O v e r s c h i e s e s t r a a t 28 3112 H G S c h i e d a m Tel. 0 1 0 - 2 6 6 2 4 4 - 2 6 1 2 2 7 - T e l e x 24186 T e l e f a x 0 1 0 - 2 6 4 2 9 8 e e n b e g r i p v o o r k w a l i t e i t i n s e r i e b o u w h y d r o p o m p e n en h y d r o m o t o r e n * t r a p l o o s v e r s t e l b a a r of z e l f r e g e l e n d * voor o p e n - e n g e s l o t e n k r i n g l o o pMOTRAC B.V.
Pollaan 49 7202 BV Zulphen tel. 05750-91911 telex 49179 ^
MACHINEFABRIEK EN S C H E E P S W E R F VAN
RSmitJr.BV
Stadionweg 85 - 3077 AT R O T T E R D A M Postbus 5045 - 3008 AA R O T T E R D A M Tel.: 010 - 19 33 00 - Telex: 28776
• Dwarsheliingen tot 130 meter voor binnenvaartschepen, rijnschepen, sleepboten, coasters en duw-bakken • Reparaties, verlengingen, verbouwing woonruimte in- en uitbouwen, classificeren • Motoren reparaties, inclusief grote scheepsdieselmotoren • Alle soorten staalbouw en constructiewerk • Aile soorten machinale bewerkingen groot en klein o.a. kotteren, carroussellen, frezen, boren, draaien, slijpen enz.
Enkele opmerkingen over de stabilisatie
van kleine vaartuigen
1. Inleiding
In toenemende mate wordt ook voor kleine vaartuigen gebruik gemaakt van slinger-dempende systemen om slingerbewegin-gen in zeegolven te beperken. Verminde-ring van slingeramplituden leidt in 't alge-meen tot verbetering van het comfort en de veiligheid aan boord en in sommige geval-len is reductie van de 'downtime', waarin geen werkzaamheden uitgevoerd kunnen worden als gevolg van scheepsbewegin-gen, belangrijk.
Vin-stabilisatie wordt met succes op kleine schepen toegepast maar soms is het nade-lig dat bij geringe vaart en bij stilnade-liggend schip de dempende werking van stabilisa-tie vinnen venwaarloosbaar klein is. Ook de kwetsbaarheid van de vinnen, die bij kleine installaties veelal niet intrekbaar zijn, kan een bezwaar zijn.
Enkele toepassingen van passieve stabili-satie-tanks met vrij vloeistofoppervlak op kleine schepen toonden aan dat dit zeer eenvoudige en goedkope systeem ook bruikbaar is op kleine schepen, zoals pas-sagierstenders en jachten. De benodigde hoeveelheid waterballasl is ongeveer 2 % van de waterverplaatsing. Een indruk van de daarmee te bereiken slingerdemping geeft Figuur 1: een polyester passagiers-tender, met een deplacement van 9 ton en een stabilisatie-tank gedeeltelijk gevuld met 0,3 ton water. De resultaten van deze uitslingerproef tonen een aanzienlijke ver-groting van de demping hetgeen resulteer-de in een veel rustiger schip, ook stillig-gend.
In 't algemeen zijn er weinig praktijkgege-vens over de dempende werking van tanks met vrij vloeistofoppervlak bekend. In het geval van Hr. Ms. 'Tydeman' zijn golf- en slingerhoek spectra gemeten in dwarsgol-ven met een significante hoogte van 4,7 meter. Uit de analyse van deze gegevens volgde voor dit oceanografisch onderzoe-kingsvaartuig een 30-40% reductie van de significante slingeramplitude, waarbij de tankvulling 1 % van het deplacement ( A ~ 3000 ton) bedroeg [1].
Deze orde van grootte lijkt overeen te stem-men met het gedrag van kleine vaartuigen die met een dergelijke tank zijn uitgerust. Daarbij is de reductie groter naarmate de tankinhoud groter is en als geen kimkielen aanwezig zijn.
Deze stabilisatie-tanks zijn op eenvoudige wijze te ontwerpen met behulp van de re-sultaten van systematisch modelonder-zoek [2].
Een eerste orde schatting van de benodig-de waterdiepte in een anti slingertank volgt
1 . 0 •H T5 P O ,C u 0)
>
door: Prof. ir. J. Gerritsma*
1 1 t a n k l e e g t a n k g e v u l d \ 1 2 3 4 5 a a n t a l s l i n g e r i n g e n —
Fig. 1. Uitslingerl<romme van een polyester passagierstender met en zonder stabilisatie-tanl<.
Fig. 2. Thornycroft's actieve dempingssysteem.
uit de ovenweging dat de periode van de ondiepwatergolf in de tank, die bepaald wordt door de tankbreedte en de water-diepte in de tank, vrijwel gelijk moet zijn aan de eigen slingerperiode van het schip. In dat geval ontstaat door faseverschil tussen de slingerbeweging en de dwarsscheepse waterverplaatsing van de watermassa een dempend moment in een ruim bereik rond-om de eigen frequentie van het schip. Bij lage frequenties kan enige opslingering
venwacht worden, maar de absolute groot-te daarvan is in dat gebied zelden van belang.
Als de metacentrumhoogte relatief groot is zoals bij kleine vaartuigen vaak het geval is, zou de vereiste waterdiepte in de tank om praktische redenen te groot kunnen wor-den. Om die reden worden (bij minder tank-vulling) weerstandselementen in de tank * Hoogleraar TH Delft afd. Maritieme Techniek.
aangebracht, of vernauwingen die vol-doende vertraging in de dwarsscheepse waterbeweging moeten geven om het ver-eiste faseverschil te bewerkstelligen. In 1891 heeft Thornycroft door middel van een bewegende ballasttank een actief dempingssysteem op het stoomjacht 'Ce-cile' ( A = 230 ton) toegepast. De tank met vulling oscilleerde om een nagenoeg verti-cale as door middel van een hydraulisch systeem dat gestuurd werd met een dwars-scheeps korte slinger die als sensor diende voor de slingerbeweging van het schip [3]. Thornycroft meldde een 5 0 % reductie van de slingeramplituden met een ballastge-wicht van 3/4%. Een verdere ontwikkeling heeft blijkbaar niet plaatsgevonden: waar-schijnlijk vergt zo'n oscillerende watertank te veel ruimte voor meer algemene toepas-sing (zie Figuur 2).
Passieve demping met een bewegend ge-wicht van ijzer werd in 1910 door Cremieu toegepast op een 700 tons schip voor het vervoer van vee tussen Folkstone en Bou-logne (discussie [4]). Dit systeem bestond uit een wagentje gevuld met ijzerballast op dwarsscheepse rails (straal 10 meter) bin-nen een plaatstalen ommanteling die ge-vuld was met water en glycerine. Ook hier werd beoogd weerstand op te wekken om een voldoend faseverschil van de verplaat-sing van het gewicht met de slingerbewe-ging van het schip mogelijk te maken. Al op de proeftocht voldeed het systeem niet: 'the device failed to make any impres-sion on the motion of the ship'. 'It did howe-ver succeed in alarming obserhowe-vers by the violence of its movements'.
In een ongedateerde 'Advance Informa-tion' heeft Thornycroft Engineering enige tijd geleden een 'semi-active moving weight stabiliser' aangekondigd in verband met de vraag naar stabilisatie bij lage scheepssnelheden. Een gewicht van lood glijdt dwarsscheeps in een met kunststof inwendig beklede pijp. De uiteinden van die pijp (diameter ~ 3 5 cm voor een 100 tons schip) zijn door leidingen met openingen in de huid onder de waterlijn aan bakboord en stuurboord verbonden. Het systeem is ge-vuld met zeewater. In de verbindingspijpen bevinden zich kleppen die door middel van een regelsysteem de weerstand van de heen en weer bewegende massa kunnen optimaliseren om een zo groot mogelijke demping van de slingerbeweging te ver-krijgen.
De regelkleppen worden gestuurd door een sensor die de slingerhoek, de afgelei-den daarvan en de dwarsscheepse positie van het gewicht meet. Een gewicht met een massa van 1 ton zou volstaan voor een schip met een deplacement van 100 ton. Praktijkervaringen met dit systeem zijn niet bekend.
2. Enkele recente proeven met stabillsatiesystemen
Naast het reeds aangehaalde
systemati-1
1 — c a l c u l a t i o n e x p e r i m e n t HO K ^ M =1 l a K c M =2 • c a l c u l a t i o e x p e r i m e n t ^ O K(.[.j =1 0 . 0 5 0 . 1 0 0 . 1 5 0 . 2 0 0 . 2 5 0 . 3 0 S t a m p - e n d o m p k a r a k t e r i s t i e k e n K ^ j j =0 o n g e s t a b i l l s e e r d ; K ^ j j =1 e n 2 g e s t a b i l i s e e r d 0 . 0 5 0 . 1 0 0 . 15 0 . 2 0 0 . 2 5 0 . 3 0 a n g l e f l a p s e n s o r ( p o t e n t i o m e t e r ) a n g l e f e e d b a c k a g a i n p r e a m -p l i f i e r f u n c t i o n g e n e r a t o r p o w e r a m -p l i f i e r s h a k e r J r a t e g y r o f e e d b a c k c o e f f i c i e n t " k p i t c h v e l o c i t y s e n s o r e t o p s t e l l i n gFig. 3. Vergelijking van gemeten en berei<ende stamp- en dompbewegingen met en zonder stabilisatie.
sche onderzoek naar de stabiliserende werking van tanks met vrij vloeistofopper-vlak [2] zijn in de laatste jaren door het Laboratorium voor Scheepsbouwkunde te Delft een aantal model- en ware grootte proeven uitgevoerd met actieve slinger-dempingssystemen. Deze proeven betrof-fen in hoofdzaak de stabilisatie van kleine vaartuigen, zoals b.v. hydrografische op-nemingsvaartuigen, patrouilleboten en jachten en omvatten vin-stabilisatie, slin-ger-stabilisatie, d.m.v. het roer en actieve stabilisatie met behulp van een dwars-scheeps verplaatsbaar gewicht. Voor snel-le patrouilsnel-leschepen is tevens de stabilisa-tie van de stampbeweging d.m.v. geregel-de flappen aan geregel-de spiegel met behulp van modelproeven geanalyseerd. Figuur 3 geeft een resultaat van Wang, die uitvoeri-ge modelproeven met een deruitvoeri-gelijk sys-teem in het Laboratorium voor Scheeps-bouwkunde uitvoerde [6]. Stamp- en dompbewegingen kunnen blijkbaar aan-zienlijk gereduceerd worden door actieve
stabilisatie, waarbij de flaphoek 6 geregeld wordt met de stamphoek snelheid volgens 6 = Ky.
In 't bijzonder kan hierdoor het niveau van de verticale versnellingen bij het varen in zeegang belangrijk verminderd worden. In samenwerking met Koop Nautic b.v. (Heerlen) is een ware grootte proef uitge-voerd met twee geregelde flappen aan de spiegel van een motorkotter teneinde door tegengestelde beweging van de flappen de slingerdemping te vergroten. De resultaten van die proeven en berekeningsresultaten tonen aan dat in 't bijzonder voor relatief snelle vaartuigen een aanzienlijke slinger-demping mogelijk is met spiegelflappen. Uitvoerige modelproeven met slinger-sta-bilisatie door middel van een dwars-scheeps verplaatsbaar gewicht zijn uitge-voerd en geanalyseerd door ir. T. N. Bos-man [7]. De proeven zijn uitgevoerd met een dwarsscheepse slinger, waarvan de uitwijking evenredig was met de slinger-snelheid van het schip. In regelmatige en 344
onregelmatige golven bleek een drasti-sche vermindering van de slingeramplitu-den mogelijk. De massa aan het uiteinde van de slinger was 2 % van het deplace-ment van het beschouwde patrouillevaar-tuig.
Door Koop Nautic zijn in 1983 excitatie proeven met een dwarsscheeps lineair ver-plaatsend gewicht op het m.s. Peggy ( A = 25 ton) uitgevoerd bij een reeks van oscilla-tie frequenoscilla-ties.
Uit de gemeten opslinger factoren in het bereik van de resonantie frequentie van het schip kon de mogelijkheid van een vol-doende vergroting van de slingerdemping afgeleid worden en bij slingerproeven in zeegang met stilliggend schip werd inder-daad een reductie van 6 0 % van de signifi-cante slingerhoek gemeten.
Een uitvoerige duurproef met een dergelijk systeem op de 'Zuiderdiep', een peilvlet van de Adviesdienst van de Rijkswater-staat afd. Vlissingen, werd in 1985 afgeslo-ten. Ook deze proefinstallatie werd ver-vaardigd door de firma Koop Nautic met adviezen van de afdeling fVlaritieme Tech-niek en de Afdeling der Werktuigbouwkun-de van Werktuigbouwkun-de TH-Delft. Figuur 4 geeft het algemeen plan van de 'Zuiderdiep' waarin de plaats van de geleiding van het dwars-scheeps heen en weer bewegende ge-wicht met massa m is aangegeven. Het deplacement = 26500 kg, m = 460 kg (~ 1,7%) en een maximale slag van 1,75 meter werd toegepast. De baan van m ligt 0,12 meter onder het gewichtszwaartepunt van het schip.
Door het stabilisatiesysteem als excitator te gebruiken kon de vlet aan het slingeren gebracht worden en, na uitschakeling van de excitatie, zijn uitdempingskrommen van de slingerbeweging met en zonder stabili-satiesysteem gemeten, zie Figuur 5. Linea-riteit van de slingerbeweging veronderstel-lend is het logarithmisch decrement zonder stabilisatie 0,4 en met stabilisatie 1,3, cor-responderend met een relatieve dem-pingsfactor van 0,064 respectievelijk 0,207: derhalve een vergroting met een factor 3.
In onregelmatige dwarsgolven is een re-ductie van de significante slingeramplitude van 5 7 % gemeten (ongestabiliseerd $ Va = 8,6 graden, gestabiliseerd ^ Vs = 3,7 graden).
Bij grotere ongestabiliseerde hellingshoe-ken neemt de effectiviteit van het stabilisa-tiesysteem af door de gekozen dimensio-nering, maximale slag 1,75 meter, m = 460 kg, en door niet lineaire toename van de slingerdemping.
Een voorbeeld van een slingerhoek-regi-stratie zonder en met stabilisatie is gege-ven in Figuur 6.
Fig. 4. M.S. 'Zuiderdiep', Rijl<swaterstaat.
ZONDER MVS SYfJTEEM MET MVS S Y S T E E M
Fig. 6. Slingerlioel<-registratie met en zonder stabilisatie m.s. 'Zuiderdiep'.
3. Schatting van de vergrote siingerdemping
Een eerste orde schatting van de vergro-ting van de slingerdemping met een derge-lijk systeem kan als volgt gemaakt worden. Verondersteld wordt dat de slingerbewe-ging voorgesteld kan worden door een geli-neariseerde bewegingsvergelijking, zie Fi-guur 7:
14) -I- N(i) -I- R(t) = - m g (y + hc))) -i- mhy (1) waarin:
I - het schijnbaar massa traagheidsmo-ment van het schip
N - de dempingscoëfficiënt van de slin-gerbeweging
m - de massa van het gewicht
y - dwarsscheepse verplaatsing van m h - hoogte van de baan van m boven G (|) - hellingshoek
Stel dat het schip een harmonische slinger-beweging uitvoert:
(j) = (()aSincDt (2)
en dat de verplaatsing y van de massa m in fase is met de slingerhoek snelheid:
y = yacoscot (3)
dan is:
1^ = N({) -I- (R - mgh) ^ = - m y a (hu^ 4- g)
coscot (4)
In dat geval is het totale dempende moment (schip + stabilisatie):
[Nct)aü) -I- mya (hco^ -l- g)] coscot (5) De equivalente lineaire dempingscoëffi-ciënt is dan:
N« = N+4-;(ha.^ + g) (6)
Een schatting van de extra demping bij resonantie frequenties kan als volgt bere-kend worden.
Voor resonantie geldt 03 = 03,,, = (R/l)''^ De dimensieloze relatieve dempingsfactor is
2 (l/R)''^
De toename van de dempingsfaclor (K*) is met R = GI\/I.A en
Fig. 7. Definitie hellingshoek en plaats-gewicht = (0.4 Bf m g y a g h.GIVI (0.4 Bf + 1 (jJaAGlyl. ( 7 )
Bij resonantie is de slingeramplitude even-redig met K " \ zodat de reductie van de slingeramplitude in die conditie volgt uit: ( 1
-K
K 4- K' -) .100%
Met nadruk wordt erop gewezen dat de hier gegeven schattingsmethode slechts be-doeld is om een orde van grootte van de invloed van het beschreven stabilisatiesys-teem te bepalen.
Met name zijn regeltechnische aspecten o.a. in verband met de hydraulisch mecha-nische eigenschappen van een dergelijk systeem niet beschouwd.
4. Toepassing voor ontwerp doeleinden
In de praktijk is bij kleine vaartuigen de massa van het stabilisatiegewicht beperkt tot ongeveer 2 % van de waterverplaatsing. De stabilisatie leidt dan in 't algemeen tot geringe slingerbewegingen, zodat voor een schatting aangenomen wordt c))a = 0,1 radiaal. (~5,7 graden).
Een vergroting van de demping met een factor 3 blijkt in vele gevallen realiseerbaar, zodat:
K * = 0,1 als K = 0,05.
Met gegeven waarden v o o r G M , A , h e n B kan daarna bepaald worden met welke combinatie van m en y a de gewenste dem-ping bereikt wordt. Uit [7] blijkt dat de baan van het verplaatsbare gewicht bij voorkeur
boven het gewichtszwaartepunt moet liggen.
Voorbeeld
Voor de proefinstallatie op het motorschip 'Zuiderdiep' gelden de volgende gegevens voor de testconditie:
m = 460 kg ~ 1,7% van de massa van het schip ya = 0,875 m A = 260 kN h = - 0 , 1 2 m B = 3,50 m GM = 0,48 m
Volgens (7) is de toename van de relatieve demping bij resonantie en een slingeram-plitude (j)a = 0,1 radiaal: K * = 0,153. Voor het varende schip zonder actieve slin-gerstabilisatie is de relatieve demping vol-gens uitslingerproeven K = 0,0635. De stabilisatie vergroot de demping dus tot
K = 0,217. De gemeten demping met
actie-ve stabilisatie bedraagt K = 0,207 hetgeen, gezien het benaderende karakter van de schatting een aanvaardbare overeenstem-ming is.
Deze vergroting van de demping geeft bij resonantie een reductie van de slingeram-plituden van ongeveer 7 0 % .
Literatuur: [1] J. Gerritsma
Results of recent full scale seakeeping trials
Int. Shipbuilding Progress, 1980 [2] J. J. van den Bosch and J. H. Vugts
On roll damping by free surface tanks Transactions Royal Inst, of Naval Arch. 1966
[3] J. I. Thornycroft
Steadying vessels at sea
Trans. Royal Inst, of Naval Arch. 1892 [4] H. Frahm
Results of trials of the anti rolling tanks at sea
Trans. Royal Inst, of Naval Arch 1911 [5] F. F. van Gunsteren
Analysis of roll stabilizer performance Int. Shipbuilding Progress 1974 [6] Wang Long-Wen
A study on motions of high speed pla-ning boats with controllable flaps in re-gular waves
Int. Shipbuilding Progress 1985 [7] T. N. Bosman
Slingerdemping met een verplaats-baar gewicht
Afstudeerscriptie MT 1984
Uitbreiding scheepsmotorenprogramma DAF-Diesel
Het antwoord van DAF-Diesel op de ont-wikkelingen naar hogere vermogens in de scheepvaartwereld heeft geresulteerd in de introductie van de DKX1160 M voortstu-wingsmotor. Deze nieuwe krachtbron heeft een uitgebalanceerd continu vermogen van 250 kW (340 pk) bij 2000 tpm en 225 kW (306 pk) bij 1800 tpm met een zéér gunstig brandstofverbruik. Met de intro-ductie van de DKX 1160 M heeft DAF-Diesel als specialist van scheepsmotoren haar programma een belangrijke uitbrei-ding gegeven.
De uitvoerig beproefde DKX 1160 M is uiteraard gebouwd als een zes cilinder in lijn. Door toepassing van drukvulling in combinatie met inlaatluchtkoeling, een be-proefd DAF-recept, is een uitermate effi-ciënte motor ontstaan. De nieuwe turbo-versie maakt de motor bijzonder geschikt voor haar taak in de binnenvaart en de kleine visserij.
Twin-set
Naast de toepassing van de DKX 1160 M als solo voortstuwingsmotor is deze bij DAF tevens ontwikkeld om als twin-set (duo-opstelling) te fungeren. Met de twin-set configuratie beoogt men een vermogen aan te bieden, dat in bijzondere vorm, spe-cifieke voordelen voor de gebruiker biedt. Door de zeer compacte bouw van de twin-set worden ruimte- en gewichtsbesparin-gen bereikt. Daardoor komt er meer laad-ruimte beschikbaar ten opzichte van een
vergelijkbare opstelling van een enkele motor. Bij de twin-set installatie is het te-vens mogelijk onder omstandigheden waarbij niet het volle vermogen verlangd wordt, bijvoorbeeld bij het ongeladen stroomafwaarts varen, één van beide mo-toren stil te zetten. Deze manier van varen levert uiteraard een aanzienlijke brandstof-besparing op. Door de uitgekiende materi-aal keuze gaat de installatie minder geluid
De DAF DKX 1160 M scheepsmotor
produceren. DAF-Diesel biedt bovendien met de twin-set de mogelijkheid tot ver-gaande standaardisatie.
Voor gebruik als hulpmotor voor o.a. gene-rator aandrijvingen wordt de motor met DKX 1160 MG aangeduid. In deze toepas-sing is de motor geschikt voor een continu vermogen van 225 K.V.A./5Ü Hz. De DKX 1160 MG levert dan 200 kW (272 pk) bij 1500 tpm.
Possible developments of coal-fired ships propulsion"'
by: Elvino Derdini **
Abstract:
Italcantieri is at present studying a number of improvements for future coal-fired sfiips in order to make the various systems more simple and efficient and to further improve the performances of the whole propulsion system.
In this paperafter a short description of the boilers and coal and ash systems installed on the coal fired ships 'TNT Carpentaria' and 'TNT Caprlcornia', all possible improvements which might be adopted are analized, underlining the real basic aspects of this type of propulsion.
General
The first two coal-fired ships built by Italcan-tieri: T N T CARPENTARIA' and 'TNT CAP-RICORNIA' have been operating regularly in Australian seas for two years.
It is well known that these were the first ships of this type designed and built in Europe, and among the first in the world. These new ships have been a great suc-cess, even greater than our most optimistic forecasts.
It is worth noting that both ships undertook the very long journey from the l\/lonfalcone shipyard to Weipa on the north-west coast of Australia and immediately took on board their first load of bauxite, so starting their regular service which has continued with-out interruptions.
The building of these ships has led us to do further research into this means of pro-pulsion. Using the extensive experience gained we have worked on other projects involving coal-fired ships with differing performances.
Practical experience has convinced us that the solutions adopted on the first two ships were correct. In fact we are sure that they will lead their field for several years to come. This does not mean, however, that we have stopped researching into new ways to improve performances, especially as regards reducing cost and making the ships even more practical to use. It is well known that the first ships with mechanical propulsion used coal as fuel. Coal was then replaced by oil much to the relief of builders and crews because it eliminated the great problems caused by the use of such a solid fuel. These problems included that of handling the coal and con-sequent necessity of a big engine staff, the great volumes occupied by the coal bunk-ers due mainly to the low efficiency of the steam propulsion used at these times and the high level of atmospheric pollution. These difficulties had to be eliminated be-fore a return to coal as ship's fuel. The new ships using coal had to be run economical-ly, had to function as well as those propelled by fuel oil, had to operate with a low level of pollution and had to be easily manoeuvr-able in all conditions.
While both the Diesel and Steam plants, using liquid fuel, have gradually been im-proved over the last decades, the coal-fired plant has had to pass from a primitive situa-tion to a modern one in only one stage, to
make it competitive with engines using oil. This does not mean that the new plant was suddenly invented forthe occasion. In fact, the problem was to transfer and adapt to a ship the most up-to-date techniques and achievements used on shore. It must, of course, be remembered that the situation on board a ship is very different from that on land installations.
For example, it is obviously impossible to discharge the ash in port or into restricted waters, electrostatic precipitators cannot be installed because of lack of space, the reduced space makes it difficult to install the equipment to transfer the coal and ash and there is the need to control the pro-pulsion plant with a number of people not higher than on most conventional ships. It is significant that the crew for these first two vessels is composed of 33 people, in agreement with Australian laws and there-fore, in fact, more than the number really needed to operate the ships.
Arrangement of the machinery space
To understand the most important aspects and problems of this type of plant, the arrangement of the machinery space of the 'TNT Carpentaria' and 'TNT Caprlcornia' will now be described (See fig. 1). These two bulk carrier ships of 75,750 dwt are equipped with a geared turbine unit which transmits to the propeller a power of 13,970 KW at 85 revs/min. The speed reached during trials was 16.7 knots at half load, an improvement on the design speed of 15 knots. A single spreader stoker boiler is installed having a maximum continuous evaporation of 62,500 Kg/h of superheated steam at 60 bars and 491° C. At the max-imum power it burns about 9 tons/hour of Australian sub-bituminous coal with a gross calorific value of 21,830 kJ/Kg and 15% of ashes and 14% of total moisture (5214 kcal/kg).
The electric power needed is produced by a T/alternator of 1700 KW and as an auxiliary a D/alternator of 1770 KW with 12 cylinders is installed.
The steam cycle is of the regenerative type with three bleedings exactly like a con-ventional oil-fired turbine-driven ship. The effect of the coal fired boiler on the steam cycle consists mainly in the installation of an efficient dumping system able to auto-matically discharge a large quantity of steam, duly desuperheated, directly from
the boiler to the main condenser. This means that the frequent intervention of the boiler's safety valves is avoided. This dum-ping system, with a capacity of 16,000 Kg/hour has been installed to cope with the slower response of the coal-fired boiler dur-ing rapid manoeuvres. We have been pleasantly surprised by the fact that the boiler response is much better than could have been foreseen, making automatic use of the dumping system not very frequent. A completely new plant in the shipbuilding field is that for containing, transferring and feeding the coal into the boiler. The coal used is of varying sizes, up to a maximum of 32 mm. The maximum amount of coal which can be stored is 3000 tons equivalent to 11 days operation at maximum p o w e r -this being rather limited - but completely in agreement with the type of trade for which the ship is designed. The bunker, as can be seen in Fig. 1, is located in front of the engine space.
The coal is transferred to the ready use hopper by a pneumatic dense-phase sys-tem which is completed by a mechanical extraction system with screw conveyors. The bunkering from shore can be carried out pneumatically or using grabs. From the ready use hoppers the coal falls to the boiler feeders which distribute the coal on the travelling grate.
The evacuation and transfer of the ashes is carried out by a pneumatic plant of the lean-phase type. The ash produced is of two types: about 8 0 % is in granularform, which is discharged from the grate through a grinder, the other 2 0 % is fly-ash which is collected under the cyclone separators. The completely automatic system makes provision for a cyclic discharge in the sea or for the storage on board of the dry ashes produced in a maximum of about 10 days of navigation at full power. Obviously such an arrangement was necessary because the ships have to operate mainly in restricted waters where the discharge of ashes is prohibited. The system is powered by steam ejectors and therefore without pumps or moving mechanical parts.
* Paper presented at the ICIVIES '84 Confer-ence In Trieste. Sept. '84.
** IViechanical Engineer, Vice-director of ITAL-CANTIERI'S - Technical Department and Pro-fessor at Trieste University.
